船舶柴油機的污染物排放控制技術研究

【摘 要】本文通過對船舶柴油機尾氣污染物排放標準的研究，詳細論述了船舶柴油機污染物排放控制技術的具體措施以及目前的國內柴油機尾氣凈化技術的研究現狀，對船舶柴油機排放控制技術的發展趨勢進行了預測，為我國船舶柴油機技術的發展提供了有效的借鑒。

【關鍵詞】船舶柴油機；尾氣排放；控制技術

0.引言

柴油機作為大型船舶的主要動力使用已經有了近百年歷史，其可靠性和經濟性已經得到了很好的驗證，但隨著國際社會對環境保護的越來越重視，船舶柴油機的廢氣排放物的污染物也引起了人們的廣泛關注。九十年代初，國際海事組織（IMO）制定了“防止船舶造成大氣污染規則”，對船舶柴油機的污染物排放進行了限制，給海航運輸業帶來了巨大的影響。在控制船舶柴油機的污染物排放技術領域主要有兩個方向，一是提高柴油機的可靠性和劣質燃油的燃燒率，降低燃油消耗；二是在船舶柴油機的設計、制造和運行管理上進行改進，降低污染物的排放量。本文通過實踐經驗，對船舶柴油機的排放標準、污染物排放控制技術及其發展趨勢進行了詳細的論述，為船舶柴油機的研究和發展提供了有效的借鑒，同時為船舶柴油機的維修和保養人員提供了有力的理論支撐。

1.船舶柴油機的污染物排放標準簡介

為了有效的抑制船舶柴油機對大氣的污染，國際海事組織（IMO）制定了MARPOL73/78附則-《防止船舶造成大氣污染規則》，于2005年5月在國際上生效，自2006年8月在我國生效，該規則對船舶廢氣中的硫氧化物和氮氧化物的含量進行了明確的限制：轉速在130r/min以下的柴油機氮氧化物的排放量要低于14.4g/（kw·h），到2016年以后要低于3.4g/（kw·h）；轉速大于130r/min，且小于2000r/min的柴油機氮氧化物排放量要低于44x10-0.23g/（kw·h），2016年以后要低于44x10-0.2g/（kw·h）；而轉速大于2000r/min的柴油機氮氧化物的排放量要低于7.7g/（kw·h），2016年以后要低于2.0g/（kw·h）；柴油機燃油的硫成分含量在一般區域必須低于3.5%，2020年以后必須低于0.5%，在控制區域必須小于1.0%，2020年以后必須低于0.1%。

目前，國家上大多數國家都已經加入了IMO制定的船舶柴油機污染物排放的規則，世界上百分之八十以上噸位的商船遵守這個規則，而且歐美、日本等國家在自己的海域制定了更加嚴格的法律法規，對船舶柴油機的污染物排放進行限制，同時用經濟手段促進這些法律法規的有效執行。我國目前的排放規定還沒有IMO的規定嚴格，應當盡快制定適合我國的更加嚴格的排放規定，另外，海事局以及船檢部門通過具體的研究，合理的改進測試技術和檢測方法，為監控船舶柴油機的污染物排放提供有效手段。

2.船舶柴油機污染物排放控制技術研究

2.1硫氧化物的排放控制技術探討

柴油機的硫氧化物的排放量完全取決于燃料油中硫元素的含量，柴油機內燃燒完全與否對硫氧化物的排放不起作用，所以對硫氧化物的排放控制主要有兩種方法：一是使用天然氣、餾分油、生物燃料等含硫量較低的燃料，這樣的高品質低硫油還具有使機器運行平穩、降低維修費用、減少顆粒粉塵排放等有害物質的作用，生產低硫油的方法是進行餾分脫硫，這種方法效果很好，但是提高燃料油質量的同時，提高了油的造價，增加了運行成本；二是對有害氣體排放前進行后處理，后處理技術主要采用的是海水洗滌系統，它的工作原理是傳統的濕法脫硫，利用取材容易的海水，將柴油機廢氣直接噴入海水，達到降低尾氣中硫氧化物和清除固體顆粒效果，根據實踐經驗可知，這種方法可以減少尾氣中70%-80%的硫氧化物，同時可以減少25%-30%的固體顆粒，這種方法的缺點在于增加了柴油機排氣系統的背壓，而且轉化后的硫酸鹽會對海水造成二次污染。

2.2氮氧化物的排放控制技術探討

船舶柴油機排放的氮氧化物主要來自于空氣中的氮氣，主要成分是NO和NO2，影響它們生成的因素有燃燒溫度、燃燒時間以及缸內空氣的混合程度。為了控制氮氧化物的排放量，可以從柴油機內的燃燒控制技術和柴油機尾氣凈化技術兩方面進行討論。

目前控制氮氧化物排放量的方法有很多，在船舶柴油機中有效使用的方法有以下幾種：（1）燃油乳化技術。燃油乳化技術主要是將燃料油和水按比例混合均勻后再噴入高溫燃燒室，水吸熱后氣化并產生微爆，使油滴與空氣充分接觸和充分燃燒，同時水的氣化系數大量熱，降低了燃燒的溫度，能有效的減少氮氧化物的生成，根據實踐經驗可知，在柴油機滿負荷工作的狀態下，加入20%的水可以減少20%的氮氧化物的排放，但水含量過多會引起機器內部零件的腐蝕以及油水分離現象的發生，所以必須根據不同的柴油機合理安排水油的配比；（2）柴油機結構的優化技術。通過調整柴油機缸內的結構參數來提高燃料油的燃燒特性，降低有害物質的排放，如改善燃燒室的結構、增大壓縮比、延遲噴油、高壓共軛系統等，尤其是延時噴油是有效降低氮氧化物的方法，它通過滯燃期將燃料燃燒溫度降低，同時提高燃油消耗率，從而降低氮氧化物的生產量，根據實踐經驗知此方法可以有效降低氮氧排放量的20%；（3）濕空氣動力系統技術。濕空氣動力系統主要是利用水蒸氣加濕進氣管中的空氣，使進入氣缸內的空氣中含有一定量的水分子，從而降低燃燒室的最高燃燒溫度，最終達到減少氮氧化物生產量的目的，實驗證明使用濕空氣動力系統可以有效的建設70%-80%的氮氧化物的生產量，同時還不會造成二次污染；（4）DWI技術。DWI技術是指采用噴水和噴油的復合型噴嘴技術，通過調整燃油噴射階段的水和燃油重量比（一般是0.4-0.7），在氣缸內完成水、燃油和空氣的有效混合，降低燃燒溫度，從而達到降低氮氧化物排放量的目的；（5）廢氣再循環技術。廢氣再循環技術是指將柴油機的排氣管中的部分廢氣經過一定處理后與新鮮空氣混合后再次參加燃燒，這樣一方面可以使柴油機排出的不完全燃燒氣體再次參與燃燒，另一方面廢氣中較多的水蒸氣和二樣化碳有效的降低了燃燒的最高溫度，從而降低氮氧化物的排放量。

2.3船舶柴油機的顆粒物排放控制技術探討

柴油機尾氣中的顆粒物主要是有燃油不完全燃燒造成，主要組成部分是小于10μm的細小顆粒。目前對于這種顆粒物的控制主要有兩種方法：一是提高噴嘴壓力和燃油質量；二是對廢氣進行后處理，如微粒捕捉器，它可以將廢氣中的顆粒捕捉，再利用催化劑、燃燒器等進行分解、燃燒，可以減少尾氣中顆粒的70%-90%。微粒捕捉器通常是用陶瓷、金屬絲網、紡織纖維等構成，柴油機安裝微粒捕捉器后會提高排氣背壓，而且微粒會隨著時間推移不斷累積，需要定期清理。

2.4船舶柴油機的污染物排放控制技術發展趨勢

隨著IMO規定對排放限制的要求不斷提升，船舶柴油機也需要不斷提高廢氣排放控制技術，研究者一方面要不斷的創新，提出新型的控制技術和方法，另一方面要將過去單一機內或機外凈化技術結合起來，共同凈化柴油機的排氣，這不僅是應對越來越苛刻的排放法規的措施，也是將來發展的必然趨勢。

3.結論

本文通過對目前船舶柴油機污染物排放標準的介紹，說明了污染物排放控制技術的重要性，然后對船舶柴油機尾氣中的硫氧化物、氮氧化物以及固體顆粒物的排放控制技術進行了詳細的論述，最后針對越來越嚴格的排放法規，對船舶柴油機的污染物排放控制技術的發展趨勢進行了預測，為我國船舶柴油機的發展提供了借鑒。